Способ гидродинамической активации извести Советский патент 1987 года по МПК B01F3/22 B28C1/06 

Изобретение относится к проблеме получения ко«1лоидных растворов извести для очистки свекловичных соков.

Цель изобретения - увеличение степени активации и снижение энергозатрат.

На чертеже представлена технологическая схема активации известковых растворов, в которой реализуется предложенный способ.

Способ активации извести заключается в том, что суспензию предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5-30 с и ударное воздействие осуществляют в течение 0,2-1 с путем создания ударных волн при ускорении потока от 15 до 25 м/с, при этом поток суспензии рециркулируют в режиме кавитацион- ных автоколебаний с частотой 8-60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1-0,5.

Технологическая схема активации водных растворов извести (суспензии) состоит из приемной буферной емкости 1, устройства 2 для перекачивания суспензии в режиме кавитационных автоколебаний, камеры 3 для кавитационно-кумулятивной обработки суспензии, устройства 4 для создания ударных волн в потоке суспензии, резонатора 5 для регулирования частоты и амплитуды кавитационных автоколебаний, рециркуляционного контура 6 и автоматических запор- но-регулирую1дих устройств: 7 и 8 - для подачи воды и извести, 9 - для регулирования кратности рециркуляции суспензии, 10 - для отбора активированной суспензии.

Активация извести в водном растворе осуществляется следующим образом.

Вода и известь в заданном соотношении непрерывно поступают через запорно-регу- лирующие устройства 8 и 7 в приемную буферную емкость 1, из которой при помощи устройства 2 перекачиваются в режиме кавитационных автоколебаний в камеру 3 для кавитационно-кумулятивнрй обработки. За пульсирующими суперкавернами, образующимися в устройстве 2 и замыкающимися в камере 3, возникают поля кавитационных микропузырьков, при схлопывании которых образуются сверхскоростные кумулятивные микроструйки размерами 1-40 мкм со скоростью движения 1200-1800 м/с. Эти микроструйки, соударяясь с частицами суспензии извести, приводят к разругиению и активации последних.

Затем суспензия поступает в устройство 4 служащее для создания ударных волн. Поскольку в камере 3 схлопываются не все кавитационные пузырьки, то поступающая в устройство 4 смесь является по существу трехфазной смесью (системой), состоящей из жидкости, твердых частиц и кавитационных пузырьков (парогаза), достаточно равномерно распределенных в жидкости, поэтому скорость распространения звука в такой смеси невелика, составляет всего 10-25 м/с

в зависимости от объемного соотношения вода - известь - концентрация пузырьков парогаза.

В устройстве 4 трехфазная смесь ускоряется до сверхзвуковой (для данной среды) скорости, т.е. до 17 м/с, при этом в потоке происходит образование ударных волн. Образующиеся при цреодолении потоком суспензии звукового барьера ударные волны

д взаимодействуют с твердыми частицами извести и дополнительно разрушают, активируют их. Кроме того, при переходе потока суспензии через фронт ударной волны происходит дробление кавитационных пузырьков, создаются условия для их схлопывания и

5 дополнительного кавитационного воздействия на суспензию, так как ударное давление кумулятивной струйки на фронте ударной волны значительно выше.

В результате воздействия на суспензию гидродинамической кавитации и ударных

0 волн происходит разрушение твердых частиц извести, при этом разрушается малопрочная первичная кристаллическая структура и создается коллоидный раствор извести, значительно увеличивается удельная поверх5 ность частиц извести, а значит, и их активность, что ведет к существенному снижению расхода известкового камня на очистку свекловичных соков. Повышается также однородность известковой суспензии, что позволяет проводить процессы предварительной

0 н основной дефекации без местного переще- лачивания и улучшает качество процессов очистки.

Активность извести определяется методом прямого и обратного титрования пробы известковой суспензии.

5

Из хорощо перемешанной пробы водно- известковой суспензии берут 3-4 мл, переносят в химический стакан и титруют 1 н. раствором НС1 при индикаторе фенолфталеин. Затем добавляют 15 мл 1 н. раствора

НС1 для полного растворения извести. Титруют 1 н. раствором NaOH при индикаторе метилорандж.

Активность находят по формуле

45

JTl. П, + (П2-П.з)

где П| -.количество 1 н. раствора HCI;

П2- количество прибавленного 1 н. раствора НС1 (15 мл);

Пз - количество н. раствора NaOn. Средняя активность необработанной извести, определенная по указанной выше методике, составляет 71%, а обработанная по способу-прототипу в зависимости от режима обработки - 71-81%.

Пример I. Вода и известь, смешанные

до плотности ,19 г/ем, подключаются

в приемную буферную емкость 1 (цилиндр

объемом 0,2 м ) в количестве 10 . При

помоши устройства 2 (диагонального суперкавитационного насоса .производительностью 50 напором 4 кг/cм (0,4 МПа) водно-известковая суспензия подается в камеру 3 (вертикально расположенный цилиндр емкостью 0,1 м) для гидродинамической кавитационной обработки. Время пребывания водно-известковой суспензии в камере 3, т. е. время обработки суспензии 7,2 с, а среднее число кавитации в зоне обработки 0,1. После гидродинамической кавитационной обработки трехфазная суспензия (жидкость, твердые частицы, кавитационные пузырьки) из камеры 3 поступает в устройство 4 (свехзвуковое сопло тип-а сопла Лава- ля), где разгоняется до скорости 25 м/с. Скорость звука в трехфазной смеси, поступающей из камеры 3, равна 16 м/с, поэтому в устройстве 4 возника ют ударные волны. Среднее время пребывания смеси в зоне обработки ударными волнами (в диффузоре сопла) за один цикл 0,2 с.

Затем смесь через регулирующее устройство 9 подается на рециркуляцию. Кратность рециркуляции при полностью открытом устройстве 9 составляет 5, суммарное время кавитационной обработки смеси соответственно 35 с, а суммарное время обработки смеси в зоне ударных волн 1 с.

Частоту автоколебаний системы настраивают по максимальной амплитуде колебаний при помощи резонатора 5, представляющего собой емкость с резиновой камерой, изменяя объем камеры можно изменять упругость всей системы контура рециркуляции 1-2- 3-4-6. Частота автоколебаний при среднем числе кавитации 0,1 и максимальной амплитуде в камере 3 составляет 8 Гц.

В результате проведенной гидродинамической кавитационной обработки активность извести возрастает до 93%.

5

Таким образом, активность извести по- выuJaeтcя на 22% по сравнению с необработанной известью и на 18% по сравнению с обработанной по способу-прототипу. 2 Пример 2. Вода и известь в тех же соот- нощениях ,19 г/см подаются в емкость 1 и из нее при помощи устройства 2 в камеру 3. Среднее число кавитации в камере поддерживается равным 0,25, время пребывания трехфазной смеси в камере 6 с, час- 0 ота автоколебаний системы 26 Гц, скорость движения потока смеси в сопле 20 м/с, время пребывания смеси в зоне ударных волн 0,5 с. При этом активность извести увеличивается до 99%.

Таким образом, по сравнению с необработанной известью активность повышается на 28%, а в сравнении с прототипом на 21%.

Пример 3. Смесь воды с известью в том же соотнощении ,19 г/см подвергается гидродинамической кавитационной обработ- 0 ке при среднем числе кавитации в камере 3, равном 0,5. Время пребывания смеси в камере 3 составляет 5 с, частота автоколебаний 60 Гц, скорость движения потока водно- известковой суспензии в устройстве 4 со- 5 ставляет 15 м/с, время пребывания смеси в зоне ударных волн 0,2 с.

При этом активность извбсти увеличивается до 86%.

Таким образом, активность извести повышается на 15% по сравнению с актив- 0 ностью необработанной извести и на 5% по сравнению с прототипом.

Удельные затраты энергии на активацию извести в примерах 1-3 составляют 8,5,

г , ос Вт-Ч

0,1, ,ь --3- соответственно.

м

5 В таблице представлены результаты повышения активности извести и снижения удельных затрат энергии на ее обработку.

Как видно из таблицы, оптимальный режим гидродинамической кавитационкой обработки - активизации извести, в примере 2

Были проведены экспериментальные исследования на лабораторной установке в разных режимах кавитации и установлено, что на режимах с частотами ниже 8 Гц не возникает кавитационных автоколебаний, а на режимах с частотами выше 60 Гц резко возрастают удельные затраты энергии на обработку суспензии.

При кавитационных режимах, характеризуемых числами кавитации менее 0,1 и более 0,5, в зоне кавитационной обработки не возникает кавитационных пузырьков необходимых размеров, т. е. пузырьков, при схлопы- вании которых образуются высокоскоростные микроструйки.

При обработке водно-известковой суспензии менее 5 с значительно снижается технологический эффект, т. е. активность извести, а при времени обработки более 30 с происходит дефлокуляция частиц извести, что также значительно влияет на активность суспензии. Последующая обработка частиц извести ударными волнами в устройстве 4 за один цикл не должна быть меньше 0,2 с, так как в этом случае суспензия обрабатывается не в полном объеме. При обработке суспензии более 1 с суспензия турбулизуется

t,° ,.

что ведет к резкому росту удельных затрат энергии на обработку.

Ударные волны в данной трехфазной среде при скоростях меньше 15 м/с не образуются, а при скоростях выше 25 м/с удельные затраты энергии значительны.

При обработке суспензии на оптимальных режимах (пример 2) существенно повышается активность извести, и, как следствие, уменьшается расход известкового камня на очистку свекловичных соков на 10 или на 0,7% к массе перерабатываемой свеклы.

Таким образом, активность известковой суспензии при гидродинамической кавитационной обработке повышается от 15 до 28%.

15

Формула изобретения

Способ гидродинамической активации извести, включающий многократное ударное воздействие на поток суспензии, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени активации и снижения энергозатрат, суспензию предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5-30 с и ударное воздействие осуществляют в течение 0,2-1 с путем создания ударных волн при ускорении потока от 15 до 25 м/с, при этом поток суспензии рециркулируют в режиме кавитационных автоколебаний с частотой 8-60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1-0,5.

Х

Изобретение относится к способам гидродинамической активации извести и позволяет увеличить степень активации и снизить энергозатраты. Водную суспензию извести предварительно подвергают гидродинамической кавитационной обработке в течение 5-30 с и воздействию ударных волн в течение 0,2-1 с. При этом рецирку- лируют суспензию в режиме кавитационных автоколебаний с частотой 8-60 Гц в диапазоне чисел кавитации 0,1-0,5, ускоряя поток в зоне ударных волн от 15 до 25 м/с. 1 ил, 1 табл. сл с оо 05 G5 со

./

-t

7ff

Редактор М. Дылын Заказ 2276/6

Составитель Н. Федорова

Техред И. ВересКорректор М. Шароши

Тираж 565Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж-35. Раушская иаб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое иредприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. 4